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(共35张PPT)
第四单元 第4课
计算机的诞生
清华版（小学）
通
1
学习目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
教学目标
（1）了解计算机的诞生过程。
（2）了解冯·诺依曼对于计算机诞生的巨大贡献，知道他提出的计算机体系。
（3）明白计算机的诞生对人类文明的重要影响。
02
新知导入
理论奠基与现实挑战
图灵机作为理论模型为计算机科学提供了可计算性理论的核心原理，但将其转化为实体计算机需要突破工程技术难题，包括物理硬件的实现、电路设计等实际问题。
02
新知导入
计算革命的开启
19世纪30-40年代是计算机从理论走向实践的关键时期，这一时期的技术突破（如继电器、电子管的应用）直接推动了现代计算机的诞生，引发持续数十年的科技革命。
03
新知讲解
算盘的局限性
算盘作为传统计算工具，在应对日益复杂的社会计算需求时逐渐显现不足，促使科学家探索更高效的计算方式。
1
从算盘到机械计算器
03
新知讲解
帕斯卡机械计算器的创新
1642年，18岁的帕斯卡为协助税务工作的父亲，发明了滚轮式加法器，1649年获皇家授权，首次实现机械自动化计算，标志着计算工具从手动向机械的跨越。
1
从算盘到机械计算器
03
新知讲解
早期机械计算机的共同缺陷
虽然后续出现多种复杂计算机器，但这些机械装置仅能执行特定计算任务，缺乏通用计算能力。
1
从算盘到机械计算器
03
新知讲解
计算机技术的迭代升级
20世纪40年代计算机从机电混合（低效的电气开关+机械装置）演进为全电子化（电子管驱动），实现第二代计算机的技术飞跃，为通用计算奠定硬件基础。
2
通用计算机的诞生
03
新知讲解
早期电子计算机的局限性
1943年英国Colossus计算机虽开创性地采用全电子设计（布尔逻辑运算+纸带输入），但其专用化架构仍非真正通用计算机，反映了从专用到通用的发展过渡期特性。
2
通用计算机的诞生
03
新知讲解
ENIAC的突破性意义与物理特性
1946年问世的ENIAC作为首台通用电子数字计算机，具有划时代意义，但其体积庞大，占地170㎡，重27吨。
2
通用计算机的诞生
03
新知讲解
技术局限与运维挑战
ENIAC存在编程繁琐（需手动跳线/开关设置）和稳定性差（真空管高频损坏）两大缺陷，操作员需具备快速故障定位能力，反映早期计算机的工程不成熟性。
2
通用计算机的诞生
03
新知讲解
女性程序员的里程碑贡献
"ENIAC女孩"团队承担核心编程工作，其1997年入选国际科技名人堂，既揭示了计算机发展史上被忽视的女性角色，也确立了编程工作从起始阶段的关键地位。
2
通用计算机的诞生
03
新知讲解
ENIAC的编程局限性
ENIAC虽然实现了通用计算功能，但其编程方式依赖物理跳线和机械开关，效率极低，单次编程常需数日，暴露出早期电子计算机在操作交互上的重大缺陷。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
冯·诺依曼的学术背景与成就
冯·诺依曼，1903年生于匈牙利，自幼展现惊人数学天赋，18岁进入柏林大学，19岁发表重要论文，23岁同时获得化学和数学学位。他在量子力学、博弈论、经济学、计算机等多领域做出开创性贡献，其命名的定理、算法遍布各学科。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
存储程序架构的理论突破
冯·诺依曼基于图灵机理论，在1945年系统化提出"存储程序结构"，通过内存存储指令实现快速编程，奠定了现代计算机的核心设计范式。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
参与ENIAC项目与存储程序概念的萌芽
二战期间，冯·诺依曼作为美国陆军顾问参与ENIAC项目。在ENIAC尚未完工时，设计者埃克特和莫奇利受图灵启发已开始探索"程序读入"方案，这成为存储程序体系（EDVAC项目）的理论雏形。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
"101报告"的革命性贡献
1945年，冯·诺依曼在EDVAC项目中撰写里程碑式的"101报告"，首次系统提出：
1.计算机五大组成结构（运算器、控制器、存储器、输入/输出设备）
2.二进制替代十进制
3.程序与数据共存的存储程序架构
该报告奠定了现代计算机体系结构基础。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
存储程序架构的历史意义
通过将程序像数据一样存储于内存并自动执行，彻底解决了ENIAC手动编程的瓶颈，使计算机获得灵活高效的通用计算能力，直接推动了计算机的普及化应用。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
冯·诺依曼体系的历史定位与集体智慧
101报告的核心价值在于将图灵机隐含的存储程序思想系统化为可实现的计算机架构（五大部件+二进制+程序存储），虽属于EDVAC团队集体成果，但冯·诺依曼通过框架整合与细节完善，使其成为现代计算机的通用设计范式。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
存储程序计算机的首次实现与竞争
尽管存储程序概念由美国提出，但英国团队率先完成实体机研发：
1948年曼彻斯特大学推出首台存储程序计算机Manchester Baby
1949年剑桥大学建成EDSAC
这一技术竞赛凸显了计算机发展初期跨国合作的特殊性。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
计算机技术的迭代演进
尽从1940年代至今，计算机历经：
电子管→晶体管→集成电路→微处理器
体积从房间大小缩减至口袋尺寸
性能呈指数级提升
现代智能设备（手机/平板）本质仍是遵循冯·诺依曼体系的微型计算机。
3
冯·诺依曼与现代计算机体系
03
新知讲解
爱
思
考
冯·诺依曼为什么被称为'全能型天才'？他的成长经历给了我们什么启发？
(1)超凡的早期天赋 ：6岁心算八位数除法，12岁读懂高等数学著作，展现惊人的先天学习能力。
(2)跨学科巅峰成就 ：在数学、量子力学、经济学、计算机等完全不同的领域均做出奠基性贡献（如博弈论、计算机体系结构）。
(3)终身学习典范 ：18岁同时攻读化学与数学双学位，证明天才也需要系统训练和持续探索的热情。
03
新知讲解
知
识
库
1.爱迪生效应的偶然发现
1880年爱迪生在实验灯泡时意外发现通电电极能控制箔片运动的"爱迪生效应"，为电子管技术奠定物理基础。
2.真空二极管的发明
1904年弗莱明基于爱迪生效应研制出真空二极管，首次实现电流单向控制，开启电子管实用化进程。
3.真空三极管的计算革命
1907年德佛瑞斯特发明的真空三极管兼具电流放大与开关功能，直接催生了电子管计算机的逻辑运算能力。
04
课堂练习
一、填空题。
1.帕斯卡发明的机械计算器主要用于 运算。
2.ENIAC的重量达到 吨。
3.冯·诺依曼在 年提出了存储程序计算机架构。
4.电子管计算机属于第 代计算机。
5.计算机技术的演进顺序是：电子管→ →集成电路→微处理器。
加法
27
1945
一
晶体管
04
课堂练习
二、判断题。
1.算盘可以解决所有复杂的数学问题。（ ）
2.ENIAC的编程方式非常方便快捷。（ ）
3.冯·诺依曼是计算机存储程序结构的唯一提出者。（ ）
4.“Manchester Baby”是世界上第一台存储程序计算机。（ ）
5.现代智能手机仍然遵循冯·诺依曼体系结构。（ ）
×
×
√
×
√
04
课堂练习
三、选择题。
1.世界上第一台通用电子数字计算机是？ ( )
A. Colossus B.ENIAC C. Manchester Baby D. EDSAC
2.冯·诺依曼体系结构的核心思想是？ ( )
A. 使用机械齿轮计算 B. 存储程序与数据在同一内存
C. 只能执行特定任务 D. 必须用十进制计算
3.“ENIAC女孩”是指？ ( )
A. 第一批女性计算机操作员 B. 第一批女性程序员
C. 第一批女性数学家 D. 第一批女性工程师
4.真空三极管的发明者是？ ( )
A.爱迪生 B.弗莱明 C. 德佛瑞斯特 D. 冯·诺依曼
B
B
C
B
05
拓展延伸
1.冯·诺依曼设计的计算机像一台超级“计算器”，能存储程序并自动执行任务。现在的AI也是靠这个原理“学习”和“思考”。
05
拓展延伸
2.二进制运算用"0和1"代替十进制，就像用"开关"控制电流，让计算机运算速度飞升，现在所有电脑、手机都靠这个原理工作！
05
拓展延伸
3.科学家正在教AI像人一样“创造”，比如写故事、编音乐。也许有一天，你的电脑会成为你的“学习小伙伴”呢！
06
课堂总结
1
从算盘到机械计算器
2
通用计算机的诞生
3
完成课堂练习
4
进行相关知识拓展
1
2
4
5
计算机的诞生
4
冯·诺依曼与现代计算机体系
3
07
板书设计
计算机的诞生
1、从算盘到机械计算器
2、通用计算机的诞生
3、冯·诺依曼与现代计算机体系
4、完成课堂练习
5、进行知识拓展
课后作业。
1、"为什么说冯·诺依曼是现代计算机的'设计师？
08
课后作业
为什么说冯·诺依曼是现代计算机的'设计师
(1)体系结构奠基 ：提出存储程序概念（程序和数据共存内存），使计算机摆脱手动接线编程，形成沿用至今的五大部件结构。
(2)二进制革命 ：倡导用二进制替代十进制运算，极大提升计算效率，成为所有数字设备的运算基础。
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